Міністерство освіти і науки України

Житомирський державний технологічний університет

Кафедра фізики

Група РТ-8

Лабораторна робота №52

Тема: “Підтвердження постулатів Бора”

Виконав: Яшник Д.М.

Перевірив: Алексюк В.Ю.

Житомир

2004р.

Мета роботи: дослідне підтвердження постулатів Бора.

Обладнання: звуковий генератор ГЗШ, осцилограф ОЕУ, вольтметр, електронна лампа ТГЗ - 0,1 / 0,3.

Теоретичні відомості

Енергія атома може приймати лише певний ряд значень Е₁, Е₂,..., Е_n, що визначаються його стаціонарними станами. При переході з одного стаціонарного стану Е_j на другий Е_k атом випромінює (поглинає) енергію, рівну h=E_j-E_k, при чому (E_j-E_k)>0 - випромінювання, (E_j-E_k)<0 - поглинання.

В дослідах Франка і Герца вивчався характер зіткнень електронів з атомами газу, в якому вони рухались. В 1913 році вони довели, що електрони, які рухаються в парах ртуті, здійснюють непружні зіткнення лише при певних значеннях їх швидкості (кінетичної енергії). Тобто, атом ртуті може поглинати лише певні порції енергії, переходячи при цьому в інший енергетичний стан.

У своєму досліді Франк та Герц використали тріод, наповнений парами ртуті, який через потенціометр приєднали до джерела ЕРС. На сітку тріода (тиратрона) подавалась напруга, яка створювала затримуюче електрополе для електронів. На мал. 1 приведена вольтамперна характеристика тріода, провали на якій є прямими підтвердженнями постулатів Бора.

Причиною таких спадів є те, що при пружних зіткненнях атоми ртуті не забирають енергію у електронів і останні, маючи достатню енергію, переборюють затримуючу різницю потенціалів сітки – струм протікає. Але при енергії 4,9 еВ зіткнення стають непружними, електрони втрачати енергію і не долітають до анода – анодний струм падає (провал). При енергії більшій за 4,9 еВ, зіткнення залишаються непружними, але залишок енергії (забирається лише 4,9 еВ) дозволяє електрону долетіти до анода – анодний струм починає зростати. Та коли залишок становитиме знову 4,9 еВ, анодний стум починає падати. Отже, другий провал буде спостерігатися при 9,8 еВ, третій – при 14,7 еВ.

Отже, цим дослідом було доведено, що можливі значення енергії в атомі ртуті мають дискретний характер (енергія атома ртуті змінюється стрибками).

Опис установки

В даній роботі встановлюється наявність дискретних енергетичних рівнів атома ксенона. Для візуального спостереження вольтамперної характеристики тиратрона ТГЗ - 0,1/0,3, наповненого ксеноном, використовується осцилограф. На тиратрон подається змінна напруга, яку знімають із звукового генератора ГЗШ. Блок схема установки приведена на мал. 2.

Спад напруги на опорі R пропорційний анодному струму. Подаючи напругу на осцилограф (вхід “Y”), можемо слідкувати за її зміною. Осцилограф працює в режимі “Розгортка”, частота – 2 кГц. Напруга, що подається зі звукового генератора, вимірюється вольтметром V. Змінюючи величину напруги, міняємо характер зіткнень електронів з атомами ксенону. Спостерігаємо на осцилографі провали вольтамперної характеристики. Фіксуючи напругу U, при якій падає анодний струм, знаходимо енергію eU=E_j-E_k, яку електрон віддає атому ксенону.

Хід виконання роботи

1. Збираю схему установки

2. Вмикаю звуковий генератор, зменшую до нуля знімаєму напругу.

3. Вмикаю осцилограф, отримую чітке зображення прямої лінії (посередині осцилографічної трубки).

4. Подаю на тиратрон напругу із звукового генератора. Фіксую появу першого провалу на осцилографі та напругу, при якій він з’явився.

5. Збільшуючи напругу, фіксую другий і третій провали вольтамперної характеристики, яку замальовую з осцилографа.

6. Розраховую частоту випромінювання збудженого атома ксенону за формулою:

h = eu.

h = 6.6310^-34 Джс

e = 1.610^-19 Кл

U₁ = 11.1 B

U₂ = 12.2 B

U₁ = U₂-U₁ = 1.1 B

U₃ = 13.2 B

U₂ = U₃-U₂ = 2.1 B

U₄ = 14.4 B

U₃ = U₄-U₃ = 3.3 B

Контрольні питання

1. Сформулювати постулати Бора.

1) Електрон може рухатись не по будь-якій орбіті , а по стаціонарній орбіті. Якщо електрон рухається по стаціонарній орбіті, то атом водню не випромінює і не поглинає енергію.

2) В стаціонарному стані атома електрон, рухаючись по коловій орбіті, повинен задовольняти умову

3) Атом водню випромінює або поглинає квант енергії при переході електрона з однієї орбіти на іншу, і величина цього кванту енергії дорівнює різниці енергії стаціонарних станів , між якими здійснюється перехід.

2. Поясніть як виникає зображення вольт-амперної характеристики на екрані.

Приведіть характеристику зміни сіткового струму від напруги.

У своєму досліді Франк та Герц використали тріод, наповнений парами ртуті, який через потенціометр приєднали до джерела ЕРС. На сітку тріода (тіратрона) подавалась напруга, яка створювала затримуюче електрополе для електронів.

Причиною таких спадів є те, що при пружних зіткненнях атоми ртуті не забирають енергію у електронів і останні, маючи достатню енергію, переборюють затримуючу різницю потенціалів сітки – струм протікає. Але при енергії 4,9 еВ зіткнення стають непружними, електрони втрачать енергію і не долітають до анода – анодний струм падає (провал). При енергії більшій за 4,9 еВ, зіткнення залишаються непружними, але залишок енергії (забирається лише 4,9 еВ) дозволяє електрону долетіти до анода – анодний струм починає зростати. Та коли залишок становитиме знову 4,9 еВ, анодний стум починає падати. Отже, другий провал буде спостерігатися при 9,8 еВ, третій – при 14,7 еВ.

4